(57)【要約】【課題】  検査対象の表面形状誤差を計測できるようにして、各種製造業における部品や製品の設計値からの形状誤差を非接触で高精度に容易に検査する方法および装置を提供する。【解決手段】  検査する対象の表面形状が設計値に対して誤差が無い場合に、投影された変形格子像が直線状となるようにあらかじめ設計された投影格子を、実際の誤差を持った対象の表面にプロジェクタで投影し、得られた変形格子像を解析することによって、段差や溝を持ったり起伏の激しい形状を持った対象でも、変形格子の次数を容易に定め、また変形格子の線幅が広がらず、かつ変形格子の像の輝度が弱くならないようにして、誤差を持った実際の計測対象の表面形状の誤差を非接触で高精度に計測および検査可能とする。【選択図】  図１
2007198988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に前記計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を、設計値に従って製造された実際の計測対象の表面にプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像を解析することによって、前記設計値に従って製造された実際の計測対象の表面形状誤差を計測することを特徴とする形状誤差計測方法。
【請求項２】
計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に前記計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を、設計値に従って製造された実際の計測対象の表面にプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像をモニターすることによって、前記誤差を持った実際の計測対象の表面形状誤差を検査することを特徴とする形状誤差検査方法。
【請求項３】
計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に当該計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を液晶パネルに書き込み、設計値に従って製造された実際の計測対象の表面に前記液晶パネルに書き込まれた投影格子をプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像をビデオカメラで取り込んで計算機で解析することにより、前記誤設計値に従って製造された実際の計測対象の表面形状誤差を計測することを特徴とする形状誤差計測装置。
【請求項４】
計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に当該計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を液晶パネルに書き込み、設計値と比べて誤差を持った実際の計測対象の表面に前記液晶パネルに書き込まれたパターンをプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像をモニターすることによって、前記誤差を持った実際の計測対象の表面形状誤差を検査することを特徴とする形状誤差検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象が有する表面形状の設計値に応じて創生した格子を検査対象に投影することにより、その表面形状の誤差を容易にかつ高精度に計測する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面形状誤差の計測方法および装置としては、検査すべき表面形状を持つ対象に直線格子を投影し、投影された変形格子像から当該表面形状を計測（格子投影法と呼ばれている。特許文献１、２参照。）し、それから表面形状の設計値を差し引くことによって誤差を求める方法および装置があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０８９５０号公報
【特許文献２】特開平８−２０１４８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の通常の格子投影法によって段差や溝を持った対象の形状の誤差を計測する場合、対象に投影された格子像（変形格子像と呼ばれている）が段差や溝の前後において不連続となるために格子の次数の判別がつかず、したがって形状誤差が正しく測定できないことがあった。
【０００５】
また、従来の通常の格子投影法では、勾配の急な形状部分に直線格子を投影した場合、変形格子の線幅が広がってかつ輝度が弱くなるために格子像が読み取れず、計測が困難な場合があった。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、段差や溝を持ったり起伏が激しい形状を持った対象の形状誤差を計測する場合でも変形格子の次数を容易に定めることができ、また変形格子の線幅が太くなったり、その結果格子の像の輝度が弱くなったりしない格子投影法による形状誤差計測方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するために、計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に前記計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を、設計値に従って製造された実際の計測対象の表面にプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像を解析することによって、前記設計値に従って製造された実際の計測対象の表面形状誤差を計測することを特徴とする形状誤差計測方法特徴とする形状誤差計測方法を提供する。
【０００８】
さらに、計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に前記計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を、設計値に従って製造された実際の計測対象の表面にプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像を目視などによってモニターすることによって、前記誤差を持った実際の計測対象の表面形状誤差を検査することを特徴とする形状誤差検査方法を提供する。
【０００９】
さらに、計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に当該計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を液晶パネルに書き込み、設計値に従って製造された実際の計測対象の表面に前記液晶パネルに書き込まれた投影格子をプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像をビデオカメラで取り込んで計算機で解析することにより、前記誤設計値に従って製造された実際の計測対象の表面形状誤差を計測することを特徴とする形状誤差計測装置を提供する。
【００１０】
さらに、計測対象の表面形状が設計値と比べて誤差の無い場合に当該計測対象の表面に投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ計算して創生した投影格子を液晶パネルに書き込み、設計値と比べて誤差を持った実際の計測対象の表面に前記液晶パネルに書き込まれたパターンをプロジェクタで投影することによって生じた変形格子像をモニターすることによって、前記誤差を持った実際の計測対象の表面形状誤差を検査することを特徴とする形状誤差検査装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、検査する対象の表面形状が設計値に対して誤差が無い場合に、投影された変形格子像が平行な直線群となるようにあらかじめ設計された投影格子を、実際の誤差を持った対象の表面にプロジェクタで投影するという原理に基づくため、段差や溝を持っていたり、起伏の激しい形状を持った対象でも、変形格子の次数を容易に定めることができ、また変形格子の線幅が広がらず、かつ変形格子の像の輝度が弱くならないため、変形格子の位置が正確に読み取れ、複雑な形状の対象に対しても形状誤差を容易にかつ高精度に計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る表面形状計誤差の計測方法および装置を実施するため最良の形態について、実施例に基づき、図面を参照して以下に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明に係る表面形状誤差の計測装置の実施例の概要を示すものである。表面形状誤差の計測装置１は、光源２と、投影レンズ３と、投影格子マスク（液晶パネルなど）４と、ビデオカメラ５と、液晶パネル制御用および形状誤差データ解析用コンピュータ６と、計測対象７とから構成される。
【００１４】
光源からの光はレンズによって広げられ、投影格子マスク（ここでは液晶パネル）を照明する。液晶パネルには、あらかじめ計測対象の形状の設計値と光学系の配置から計算された投影格子（以下、形状補正型投影格子と呼ぶ）が計測制御用コンピュータによって書き込まれている。
【００１５】
この形状補正型投影格子はレンズ系によって拡大されるなどして、対象表面に投影され、形状誤差によってわずかに歪んだ変形格子（以下、誤差変形格子と呼ぶ）を生成する。
この誤差変形格子をビデオカメラで読み取り、コンピュータによって誤差変形格子の位置とその格子次数が決定され、対象の形状誤差が求まる。
【００１６】
図２（ａ）は、従来の投影格子マスクの一例を示したものである。等間隔Ｄ０の直線状の格子から成っており、格子はＡ１からＡ８までの８本とした。それに対して図２（ｂ）は本発明で用いる形状補正型の投影格子マスクの一例を示している。このマスクから発生する形状補正型格子は、高さがｈで幅がｗで長さがｌの段差を持つ形状の誤差を計測するための投影格子である。
【００１７】
図２（ｂ）のＣ４とＣ５の格子はＡ４とＡ５の格子位置からそれぞれΔＤ０が量だけずれた位置にあって段差形状を補正している。これを段差表面に投影することによって、検査対象の段差が設計値どおりに製作されていて誤差が無ければ、得られる変形格子像は等間隔の直線状になる。
【００１８】
図３（ａ）は、図２（ａ）で示されているような従来の直線等間隔の格子を入射角θの方向から、高さがｈで幅がｗで長さがｌの段差を持つ対象に投影している様子を示す。ここで変形格子像はビデオラメラによって正面（図３（ａ）の上方）から観測されている。
【００１９】
得られる変形格子像は図３（ｂ）のように、段差の部分の格子（Ｄ４とＤ５）が対応する次数の格子（Ｂ４とＢ５）から大きく隔たることになる。このため、一般に対象の形状が段差や溝を持ったり、起伏が激しいために多くの投影格子数が必要とされる場合であると、得られる変形格子像の格子の次数は判別がつかなくなって形状の計測が困難になる。
【００２０】
これに対して図４（ａ）は、高さがｈで幅がｗで長さがｌの段差を持つ対象に、図２（ｂ）で示されているような形状補正型投影格子を投影した場合を示す。ここで変形格子はビデオカメラによって正面から観測されている。得られる変形格子像は図４（ｂ）のように、段差の部分に形状誤差が無ければ、段差部分の変形格子（Ｄ４とＤ５）が、段差の無い部分の変形格子（Ｂ４とＢ５）と完全に一致する。
【００２１】
実際の誤差計測では、段差の部分に形状誤差があるが、そのずれは誤差分だけであるため、従来の変形格子像である図３（ｂ）のずれ量ｄに比べて充分小さい。したがって、一般に対象の形状が段差や溝を持ったり、起伏が激しいために多くの投影格子数が必要とされる場合でも、格子の次数の判別が容易につき、形状の計測が困難になることは無い。
【００２２】
ここで、式を用いて計測される誤差量を定量的に求めてみる。まず図２（ａ）のような等間隔Ｄ０の直線群マスクによって生成される投影格子を、図３（ａ）のように入射角θの方向から、高さがｈで幅がｗで長さがｌの段差を持つ対象に投影するという従来の格子投影法によって段差形状を計測する場合を考える。
【００２３】
この時の変形格子像は、図３（ｂ）となり、段差のある部分と無い部分でｄの位置ずれを生じる。このｄを実測することによって段差の高さｈは次式で求められる。
ｈ＝ｄ／｛（Ｄｐ／Ｄ０）２−１｝１／２．．．．（１）
ここでＤｐは段差の無い部分に平行な平面に投影された変形格子像の間隔であり、
Ｄｐ＝Ｄ０／ｃｏｓθ．．．．（２）
の関係がある。
【００２４】
次に、本発明における形状補正型投影格子（図２（ｂ））を、高さがｈで幅がｗで長さがｌで、さらに形状誤差Δｈを持つ段差対象に投影する場合を考える。
【００２５】
すなわち、この場合に形状補正型投影格子（図２（ｂ））は、計算によると、段差上に投影される投影格子（図４（ａ）のＣ４とＣ５）が段差の無い投影格子（図４（ａ）のＡ４とＡ５）に対して
ΔＤ０＝ｈ／｛（Ｄｐ／Ｄ０）２  ＋１｝１／２．．．．（３）
の距離だけ、離れていなければならない。
【００２６】
このずれの方向は従来の方法による変形格子像である図３（ｂ）と逆の方向となる。このようにすると、対象物が設計値に対して誤差が無い場合、得られる変形格子像は平行直線群になり、誤差がある場合は、得られる変形格子像は、その誤差分だけずれた状態になる。これによって誤差の有無が一目瞭然となり、部品などの良否の判定が容易にできる。
また誤差量も式（１）をそのまま用いてから容易に計算できる。
【００２７】
すなわち、形状補正型変形格子像において観測されるずれ量をΔｄとすると段差の高さ誤差Δｈは
Δｈ＝Δｄ／｛（Ｄｐ／Ｄ０）２−１｝１／２．．．．（４）
と求まる。
【００２８】
本発明のもっとも重要な利点は、通常誤差量Δｈはｈに比べて明らかに小さいと考えられるので、変形格子に不連続があってもその次数を容易に決定できることである。すなわち変形格子に不連続がある場合、その次数はそこに最も近い格子の次数と一致すると判断できる。これによって形状誤差を誤ることなく正確に求めることができる。これは従来の通常の格子投影法では成しえなかったことである。
【００２９】
また、従来の格子投影法では、急な勾配の形状部分に投影された変形格子は格子の線幅が広くなり、かつ格子像の強度が弱くなって変形格子の位置を正確に読み取れなかった。本発明では、形状誤差のみを変形格子像として検出するので、変形格子像の線幅が広がらず、したがって格子像の強度が弱くなることもなく、変形格子像の位置を正確に読み取ることができる。これも本発明の大きな利点である。
【００３０】
本発明は、計測対象の設計値に対する形状誤差を計測・検査することを目的とした方法および装置に関するものであるが、形状も容易に求めることができる。すなわち本発明によって計測された形状誤差を設計値に加算することによって形状が求められることになる。
【００３１】
以上、本発明の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載における技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上の構成から成る本発明によれば、検査対象が有する表面形状の設計値に応じて創生した格子を検査対象に投影することにより、その表面形状の誤差を容易にかつ高精度に計測することができるから、例えば金型によって作られる部品の形状検査等の分野に適用するときわめて有用である。すなわち、金型の設計値から金型加工される部品形状の設計値を計算し、それに基づいて創生した投影格子をプロジェクタによって実際に製造された部品に投影することによって生じた変形格子像の平行直線格子像のゆがみから形状誤差を容易にかつ高精度に計測および検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る表面形状誤差の計測装置の概要を示す図である。
【図２】従来の通常の投影格子（ａ）と本発明に係る形状補正型投影格子（ｂ）とを比較するための図である。
【図３】従来の通常の格子投影の光学系（ａ）と変形格子像（ｂ）を示す図である。
【図４】本発明に係る形状補正型格子投影の光学系（ａ）と誤差変形格子像（ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  表面形状誤差の計測装置
２  光源
３  投影レンズ
４  投影格子マスク（液晶パネル）
５  ビデオカメラ
６  投影格子マスク（液晶パネル）制御用および形状誤差データ解析用コンピュータ
７  計測対象
【図１】
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【図２】
2007198988.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007198988.tif 000006